5/12/15

1. La freccia del tempo: che cos'è il tempo?

Che cos’è il tempo?

C’è un famoso aforisma di Sant’Agostino (400 d.C.), uno dei più grandi filosofi del primo millennio, che dice “Che cos’è dunque il tempo? Quando nessuno me lo chiede lo so; ma se qualcuno me lo chiede e voglio spiegarglielo, non lo so”.

Sebbene non riusciamo facilmente ad esprimere cosa intendiamo con la parola “tempo”, i suoi meccanismi fondamentali hanno per noi un senso a livello intuitivo: ognuno di noi sa leggere l’orologio, stimare quanto tempo occorre per preparare un caffè, sappiamo organizzarci per incontrare gli amici a cena a una data ora...

Il tempo ha tre diversi aspetti:

  • Contrassegna gli istanti dell’Universo, è una coordinata che ci aiuta a localizzare gli oggetti.
  • E’ un mezzo attraverso cui ci muoviamo, scorre intorno a noi, dal passato al futuro.
  • Misura la durata intercorsa tra due eventi. Il tempo è ciò che misurano gli orologi.

John A. Wheeler, l’illustre fisico americano a cui si deve il termine “buco nero”, definì il tempo come “il modo in cui la Natura impedisce che le cose accadano tutte insieme”… ci sono molte verità e saggezza in questa frase.

Quando pensiamo al mondo, tendiamo ad identificarlo come un insieme di cose situate in posti diversi: siamo seduti in questa stanza, ci sono dei libri sulla scrivania, il gatto è sulla sedia… Tutto questo insieme di oggetti posti vicino a noi o nei più remoti spazi del Cosmo costituiscono il “mondo”.

Il mondo cambia, troviamo gli oggetti disposti in un certo modo ma anche gli stessi oggetti disposti in un modo diverso (ad esempio noi seduti sulla sedia con il gatto in braccio, e poi ne vediamo un’altra con il felino saltato giù, forse a causa delle nostre scarse attenzioni...). Quindi il mondo ci si presenta sempre in nuove configurazioni a cui siamo in grado di attribuire un contrassegno, ovvero il tempo.

Anziché pensare ad un insieme di cose collocate nello spazio che cambia continuamente configurazione, possiamo pensare all’intera storia del mondo, o di un particolare oggetto, in un colpo solo. La storia di un oggetto (un pianeta, una persona, un oggetto, un elettrone) nel tempo ne definisce la linea di Universo, ovvero la traiettoria descritta dall’oggetto nello spazio al passare del tempo.

Per localizzare le cose che avvengono nell’Universo utilizziamo sia lo spazio sia il tempo, (il tempo è in qualche modo simile allo spazio, questo è stato formalizzato da Albert Einstein nella teoria della relatività, ma questo concetto fu anticipato anche da Galileo e Newton). Se specifichiamo una certa posizione nello spazio in corrispondenza di un preciso istante di tempo, abbiamo un evento, e ciò che chiamiamo Universo è semplicemente la somma di tutti gli eventi. Dunque ci servono quattro numeri (tre coordinate spaziali ed una temporale)  per specificare in maniera univoca un evento.

In un celebre romanzo, lo scrittore diceva “I greci vedevano il futuro come qualcosa che ci arriva alle spalle, mentre il passato si allontana davanti a noi”. L’idea è che il tempo sia una cosa, una cosa che scorre dal passato al futuro. Ma scorre rispetto a cosa? Se pensiamo ad un fiume, possiamo ad esempio misurare la velocità di scorrimento dell’acqua, ma con il tempo siamo in difficoltà, quindi non è del tutto corretto pensare al tempo come qualcosa che scorre, e per superare questo problema non dobbiamo immaginarci situati nell’Universo col tempo che ci scorre attorno, ma ci può tornare utile pensare all’Universo, tutto lo spazio-tempo quadridimensionale, come un’entità unica, come se la stessimo osservando dall’esterno.

Possiamo pensare quindi a una sequenza orinata di eventi correlati. Il tempo è quindi qualcosa che ricostruiamo a partire dalle correlazioni di questi eventi.

L'ultima caratteristica del tempo è che non solo identifica i diversi eventi, ma misura anche la distanza che li separa.

Noi misuriamo il tempo usando gli orologi. Gli orologi devono essere affidabili, ma per essere affidabili devono avere un comportamento costante, non servirebbe a nulla un orologio che a volte ticchettasse velocemente ed a volte lentamente… ma rispetto a cosa? Ad altri orologi.

La chiave per misurare il tempo è la ripetizione sincronizzata, una serie di processi si ripetono in continuazione, e il numero di volte in cui un processo si ripete mentre un altro torna al suo stato iniziale si può prevedere con sicurezza: ad esempio la Terra ruota attorno al suo asse 365,25 volte per ogni giro intorno al Sole, questo è un evento astronomico.

Noi usiamo gli orologi al quarzo in quanto è un cristallo con delle vibrazioni molto regolari, anche variando temperatura e pressione, vibra sempre lo stesso numero di volte per ogni rotazione terrestre.

A volte abbiamo l’impressione che il tempo scorra più lentamente o più velocemente, ma questo perché il nostro corpo ha dei ritmi biologici (ad esempio le pulsazioni ed il respiro) che possono essere influenzati dal nostro stato psico-fisico: se siamo stanchi, annoiati, se abbiamo bevuto troppo caffè, questo può variare la nostra percezione del tempo.

Secondo una leggenda Galileo Galilei fece una scoperta fondamentale mentre assisteva ad una messa nel duomo di Pisa. Il lampadario sopra la sua testa oscillava, ma sembrava muoversi più lentamente quando l’ampiezza dell’oscillazione aumentava. Galileo decise allora di misurare la durata di un’oscillazione usando il battito del polso. Il risultato fu davvero interessante: il numero di pulsazioni durante un’oscillazione era grosso modo lo stesso, indipendentemente dal fatto che le escursioni fossero grandi o piccole. Questa è una proprietà di quella categoria dei pendoli che i fisici chiamano “oscillatori armonici semplici”.

Galileo Galilei, il grande fisico pisano
Galileo Galilei, il grande fisico pisano

Mediante la ripetizione sincronizzata il tempo ci dice quanto distano due eventi, ma è importante sottolineare la differenza tra “misurare il tempo trascorso tra gli eventi” e “dividere l’Universo in diversi momenti”.

Nella visione newtoniana dell’Universo era possibile sezionarlo in fette di “spazio ad un dato istante di tempo” in quanto il tempo era assoluto e non mutava cambiando sistema di riferimento; ma nel 1905, con l’entrata in scena di Einstein e della sua relatività speciale, questo non sarà più possibile, poiché il tempo cambia quando viene osservato da un sistema di riferimento diverso. Da questo deriva che il tempo trascorso lungo due traiettorie diverse che connettono due eventi spazio-temporali non è necessariamente lo stesso.

Questo non è sorprendente se entriamo nell’ordine di idee che il tempo è in un certo senso simile allo spazio, pensiamo ad esempio a due percorsi diversi che collegano due punti nello spazio, la traiettoria non sarà necessariamente la stessa.

(continua...)

 

33 commenti

  1. peppe

    bravo Marko, grazie per il contributo che dai e darai ancora al nostro circolo.

    a me ha sempre affascinato il fatto che il tempo varia a seconda della velocità con cui viaggiamo (velocità della luce per intenderci) e il famoso paradosso dei gemelli.

    quello che mi piacerebbe capire è come si comporta lo spazio tempo nell'orizzonte degli eventi? cioè cosa dovrebbero percepire degli astronauti li e come dovremmo vedere loro in quella situazione? :mrgreen:

  2. caro Peppe,
    scusa se mi intrometto...
    Lo spaziotempo viene curvato seguendo la RG. Tuttavia, non è difficile intuire cosa vedano i due osservatori. Chi è sull'astronave non si accorge di niente ed entra nel buco nero senza interruzione alcuna. Ciò che gli fa capire di essere in un buco nero è la forza mareale che diventa terribile e l'astronave e gli occupanti si allungano diventando degli ... spaghetti.
    L'osservatore lontano vede l'astronave rallentare sempre di più fino a fermarsi nei pressi dell'orizzonte degli eventi. Nello stesso momento però l'astronave diventa invisibile dato che la luce si è arrossata sempre di più... In realtà l'astronave invia la sua luce verso l'osservatore, ma essa impiega sempre più tempo ad arrivare fino a che tale tempo diventa infinito.
    Non abbiamo ancora parlato dei buchi neri in modo articolato, dato che è necessario capire bene sia la RR e poi la RG (e contemporaneamente la curvatura di uno spazio). Tuttavia puoi trovare qualcosa di divulgativo negli articoli che avevo scritto per astronomia.com sui buchi neri e anche in qualcuno già scritto qui...

  3. Mario Fiori

    Grazie Marko, continuerò molto volentieri a seguire queste tue lezioni. Il tempo mi ha sempre affascinato anche se , come si dice, è tiranno, su di noi e sul nostro fisico ad esempio...ma siamo sicuri che sia il tempo....Non so' mi affascina molto il rapporto frà tempo e cervello umano che costruisce l'ambiente intorno ...boh, forse ho visto troppo "Matrix" e dintorni. Comunque il tempo, così come la MQ, nasconde il vero mistero dell'Universo, dei suoi Attori ed anche della vita in genere.

  4. Ho letto tempo fa un libro interessantissimo di Julian Barbour "La fine del tempo",nel quale esprime la sua teoria di un universo senza tempo,ma scrive anche di altri (pochi)che hanno trattato l'argomento,Copernico,Galileo,Newton,Mach,Boltzman e ovviamente Einstein per finire con Wheeler-De Witt.Attualmente credo che il tempo sia lo spazio dentro il quale un sistema complesso,contenente altri sistemi(anche noi lo siamo)Restituisce l'energia trasformata/avuta,come le particelle virtuali nello spazio.Parlando di esseri biologici,essi hanno una consapevolezza riassuntiva e tardiva di ciò che succede nella propria piattaforma che da loro (noi) forma e funzione,ma indiretta e quasi sempre interpretativa delle quasi infinite dimensioni che li circondano,quì lo spazio è veramente come lo descrisse Einstein.Continuo con passione la mia ricerca,sempre pronto a ricevere lumi dai miei "maggiori" Fisici,che possiedono cultura scientifica più pesante

  5. peppe

    grazie Enzo.. :wink:

  6. SuperMagoAlex

    Grazie Prof! Grazie a tutti per l'incoraggiamento :-D

    @peppe:
    Anche a me ha sempre affascinato l'idea di scoprire cosa potremmo provare sull'orizzonte degli eventi e sono giunto a questa conclusione: sicuramente non cose belle :lol:
    Dal punto di vista "temporale" (e non solo!) è una zona assolutamente drammatica, una volta entrati non ci sarebbe più la possibilità di uscirne, anche disponendo di un'astronave capace di viaggiare a velocità vicine a quelle della luce.
    Come ha detto Enzo lo spazio-tempo si incurva e con esso i coni di luce si "piegano" verso la singolarità, quindi una volta oltrepassato il fatidico limite non abbiamo altra possibilità che proseguire il nostro cammino verso la singolarità, che rappresenta per noi il futuro inevitabile.
    E' un pò come cercare di sfuggire al domani...

  7. umberto

    <>

    non è forse questo il caso del paradosso dei gemelli?
    i due eventi (partenza e ritorno) sono connessi da percorsi diversi nello spazio tempo
    che quindi hanno valori diversi. Il tempo dipende appunto da come ci si muove nello spazio-tempo.

  8. il paradosso dei gemelli indica chiaramente che per andare e tornare è necessario cambiare sistema di riferimento e per far ciò non si può fare ameno di decelerare e accelerare... Il succo è questo, anche se si può dimostrare attraverso la sola RR (come abbiamo fatto in tanti modi...).

  9. umberto

    mi riferivo all'ultima frase dell'articolo (ma l'avevo racchiusa fra un doppio e non è stata memorizzata nel commento , quindi la riporto) :

    Da questo deriva che il tempo trascorso lungo due traiettorie diverse che connettono
    due eventi spazio-temporali non è necessariamente lo stesso.
    Questo non è sorprendente se entriamo nell’ordine di idee che il tempo è in un
    certo senso simile allo spazio, pensiamo ad esempio a due percorsi diversi che collegano due
    punti nello spazio, la traiettoria non sarà necessariamente la stessa.

    Non riesco a spiegare bene questo l'aggancio al paradosso dei gemelli; ho due curve che uniscono una coppia di eventi (nel caso del paradosso una è una retta,l'altra può anche essere una curva qualsiasi) e siamo nella spazio tempo, dove abbiamo anche definito una lunghezza (intervallo spaziotemporale). Non penso nemmeno a due diversi sistemi di riferimento, ma ad un unico sistema dove si osservano due particelle che si allontanano per poi ritrovarsi. Considero la lunghezza delle due curve e trovo chiaramente dei valori diversi, sono degli integrali tanto quanto la lunghezza di una curva nello spazio ordinario.
    Sia la parte finale dell'articolo che il paradosso dei gemelli non fanno altro che ribadire questa natura del tempo relativistico: il tempo è una lunghezza d’arco.

  10. Paolo

    Bravo SMA, molto interessante... :-D

    A proposito di tempo, guardate cosa diceva Spinoza intorno al 1660:
    « Non possiamo concepire la durata come separata da ciò che persiste; pensarla come qualcosa di separato significa concepirla astrattamente. Concentrando ancora l'attenzione sulla durata, essa può essere divisa all'infinito, ma in tale scissione si comprende che nessun intervallo temporale propriamente trascorre, ché l'intervallo di tempo più breve concepibile è ancora divisibile; pertanto, fra due qualsiasi momenti, per quanto ipotizzati prossimi, si collocano un'infinità di altri momenti»

    L'idea di tempo assoluto, "separato", mi sembra entrare in crisi già qui...

    Paolo

  11. caro Umberto,
    direi che l'aggancio sta nel fatto che nello spaziotempo di Minkowski la linea spaziotemporale rettilinea, che congiunge due eventi, è quella più lunga...

  12. umberto

    bè, senz'altro è quello minimo, l'importante è che siano diversi

  13. umberto

    intendevo dire quello massimo, scusate..

  14. Galileo scoprì che la velocità non è la distanza diviso il tempo ma la distanza divisa qualche cambiamento reale.Neumann introdusse l'idea di un orologio inerziale.Peter Tait usò il principio di relatività di Galileo per semplificare le cose.Ma ci rendiamo conto che esiste solo un orologio definitivo,l'Universo, più preciso di quello delle Effemeridi Ma c'è anche un problema pratico,l'energia cinetica è definita nello spazio assoluto,mentre l'energia potenziale è determinata da configurazioni istantanee ...(na sciocchezza!). 8-O Ovviamente parliamo di misure,non del tempo in sé ,ma questo è un altro film.

  15. caro Gianni,
    l'energia cinetica è legata alla velocità, la quale a sua volta non può più essere sommata in modo galileiano. Ne deriva che l'energia cinetica è obbligata ad essere relativa al sistema di riferimento. La formula relativistica è costretta a cambiare e a introdurre una più o meno fittizia massa relativistica, Ne nasce una nuova energia che il corpo possiede di per sé e il gioco della mc2 è fatto. Sì, possiamo ammettere che esista un tempo assoluto, cosmico, ma esso viene facilmente deformato dalle masse in gioco... lo stesso tempo, però, può essere tranquillamente invertito nel microcosmo e perdere la sua freccia fondamentale. Il vero grande problema è che finché la RG e la MQ non si riusciranno a legare insieme, molti concetti e definizioni rimarranno aleatorie... Altro che materia oscura... :-|

  16. Ti ringrazio VINCENZO per la tua risposta,ne farò tesoro.

  17. caro Gianni,
    finiti gli integrali cominceremo con la dinamica relativistica e molte cose si chiariranno meglio... :wink:

  18. Bravo Marko!
    È curioso e interessante come a distanza di soli pochi giorni abbiamo entrambi sentito la necessità di scrivere in merito al tempo... (http://www.fabiomarzocca.com/blog/2015/12/08/il-respiro-del-tempo/) secondo due approcci apparentemente diversi, ma che tuttavia contribuiscono entrambi alla domanda fondamentale di Sant'Agostino da te riportata!

  19. Supermagoalex

    Grazie Fabio, ho apprezzato molto anche il tuo approccio e direi che i due articoli si completano a vicenda. Come avrai notato alcune teorie scientifiche, da Boltzmann all'universo ciclico, erano state anticipate dagli antichi filosofi... semplici colpi di fortuna oppure intuizioni geniali? :)

  20. Intuizioni geniali! Credo che in genere venga data sempre troppa poca fiducia alla scintilla dell'intuito umano.

    Grazie

  21. caro Fabio,
    poca fiducia alle scintille e tanto onore e rispetto alla monotonia ripetitiva... Come hai ragione!

  22. Massimiliano

    Il tempo, come lo spazio del resto, secondo me non sono grandezze finite...nulla si crea ( e dunque non c'è un "inizio del tempo" o un "confine dello spazio") e nulla si distrugge (perciò non ci può essere neanche una "fine del tempo" o una "fine dello spazio"), ma tutto si trasforma, ovvero, a mio modo di vedere, un eterno presente che modifica la materia in eterno. Seguendo questa linea di pensiero a questo punto diventerebbe anche inutile ipotizzare una creazione e il c.d. "big bang" null'altro sarebbe che una delle infinite trasformazioni della materia. Cosa ne pensate?

  23. caro Massimiliano,
    in questo sito cerchiamo di non sparare idee senza freni... Ci piace stare con i piedi per terra. La fantasia ci vuole, ma deve basarsi su dati di fatto accertati.. Tutto può essere, ma tutto deve essere dimostrato... :wink:

  24. Massimiliano

    caro Massimiliano,
    in questo sito cerchiamo di non sparare idee senza freni... Ci piace stare con i piedi per terra. La fantasia ci vuole, ma deve basarsi su dati di fatto accertati.. Tutto può essere, ma tutto deve essere dimostrato... :wink:

    E' verissimo! Tu parli da scienziato ed anch'io per mestiere devo restare coi piedi per terra :wink: , ma forse in certe questioni non siamo in grado di poter dimostrare scientificamente, dobbiamo solo "credere" e non mi riferisco alla religione, ma proprio alla conoscenza dell'esistente, anche perché il progresso scientifico ci ha insegnato che per quanto possiamo scoprire, ci sarà sempre tanto altro da dover scoprire. Proprio la tua materia ci insegna che ad ogni nuova scoperta si pongono nuove domande, il ché sembra diventare una sorta di probatio diabolica...

  25. è il bello della ricerca... :wink:

  26. Massimiliano

    è il bello della ricerca... :wink:

    Già :) ...ma a me ad un certo punto piace raggiungere un risultato...anche se minimo :) ...Comunque ben vengano siti come questo! E grazie ancora per la tua enorme disponibilità :)

  27. Maurizio Marchetti

     INTERESSANTE ARTICOLO.....Anche se difficile trovarne uno poco interessante in  questo sito meraviglioso.

    Questo é il primo commento che faccio , non sono un grande studioso , ma a scuola quelle poche volte che andavo , ho avuto sempre un interesse particolare per le materie tecnico / scientifiche e fisiche , quando leggo studi e teorie fatte da uomini del passato che ci hanno tramandato cose estremamente importanti , spesso mi chiedo le scoperte importanti sono state fatte da uomini che certamente non avevano strumenti utili come  oggi , e spesso si sentono frasi fatte che dicono ...é stato scoperto ormai tutto . Io sono tra quelli che pensa e crede fermamente che ad oggi si conosce la millesima parte di ciò che è già stato spiegato e teorizzato .
    E penso che la chiave di successo degli studiosi del passato rispetto a quelli odierni abbia aiutato tanto il senso pratico di affrontare la vita , oggi le menti sono proettate a teorizzare tutto e senza  pragmatismo le risposte non arrivano.
    Vi faccio un esempio pratico collegandomi all'articolo in questione :

    Dove spiega che:
    Nella visione newtoniana dell’Universo era possibile sezionarlo in fette di “spazio ad un dato istante di tempo” in quanto il tempo era assoluto e non mutava cambiando sistema di riferimento; ma nel 1905, con l’entrata in scena di Einstein e della sua relatività speciale, questo non sarà più possibile, poiché il tempo cambia quando viene osservato da un sistema di riferimento diverso. Da questo deriva che il tempo trascorso lungo due traiettorie diverse che connettono due eventi spazio-temporali non è necessariamente lo stesso.

    Es .pratico :
    Quando osserviamo le ruote di un auto a raggi , a velocità sostenuta , l'effetto ottico che ne scaturisce sembra che la ruota stia ferma addiruttura che giri nel senzo opposto più aumenta la velocità, se la osservassimo con un occhio elettronico che ne scandisce i fotogrammi potremmo modificare l'effetto a piacimento.....Einstain dice che il tempo cambia quando viene osservato da un sistema di riferimento diverso , quindi potremmo dire che i due sistemi di riferimento diversi cambiano il tempo ( Che fantasia !!! Hahaha)

    Dove spiega che :

    ci può tornare utile pensare all’Universo, tutto lo spazio-tempo quadridimensionale, come un’entità unica, come se la stessimo osservando dall’esterno.

    Es.

    Pensiamo a due universi ,
    Universo 1 quando siamo svegli
    Universo 2 quando dormiamo

    Nel primo abbiamo un universo in più dimensioni perche il cervello elabora varie dimensioni  ciò che guardiamo

    Nel secondo avviene un elaborazione in un unica dimensione e di fatti il tempo viene elaborato diversamente dal primo .
    E come se osservassimo l'universo dall'esterno , forse per questo a persone capita spesso di svegliarsi a un ora stabilita dall orologio mentale? O dal tempo elaborato in unica dimensione? Hahahaha

    Spero di aver suscitato qualche riflessione nelle associazioni fantagoriche scritte .
    A presto !!!

  28. grazie Maurizio!

    fa sempre piacere avere lettori non silenziosi che condividono la nostra passione. Seguici!!!!

  29. Silvana russo

    Cos'è il Tempo ?

    Misterioso e sfuggente, di una bellezza sconfinante,  che ci accompagna nel tempo fino alla tomba.

    Dai  mille colori , profumi, sapori.

    A volte dolce, amaro, birichino.

    Infinito, spazioso, ombroso, solare.

    Il tempo che vorresti stringere in un un pugno, e tenere li stretto  all'infinito,

    ma sfugge il Tempo

    sfugge lontano,  cerchi di afferrarlo,  toccarlo, plasmarlo,

    tenerlo buono quando corre veloce,

    e smuoverlo quando cammina lento.

    Il tempo che segna i primi passi, la prima parola, le prime rughe.

    Il tempo di seminare, veder un fior sbocciare per poi essere impollinato.

    Il tempo di un ricordo, il tempo di tener fermo il presente, il tempo di vivere il futuro.

    Sempre e solo il Tempo mio amico o  nemico sarai.

    Il tempo di un respiro,  il tempo di un sorriso,

    Il tempo di un orgasmo,  il tempo di un abbraccio.

    Il tempo di soffrire, il tempo di una lacrima.

    il Tempo di un tempo senza fretta,

    cosi fino alla fine ,

    di un  tempo senza fine.

     

     

     

     

     

  30. grazie Silvana per due motivi...

    innanzitutto per la bella poesia e poi perché, finalmente, abbiamo una nuova lettrice non silente (le donne sono merce rara in questo Circolo... :roll: )

    grazie!

    :-P

  31. PapalScherzone

    Ciao Silvana!

    Se ti interessa la poesia, QUI potrai trovarne alcune... buona lettura!

    :-D

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